научная статья по теме Сравнительный секвенционный анализ вариабельного интрона гена фактора элонгации 1 альфа ядерного генома пчел рода Apis Биология

Текст научной статьи на тему «Сравнительный секвенционный анализ вариабельного интрона гена фактора элонгации 1 альфа ядерного генома пчел рода Apis»

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Калашников А. П. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных / А. П. Калашников. - М., 2003. - 456 с.

2. Костусенко И. И. Продовольственная безопасность и продовольственная незавмсимость регионов: сущьность и подходы к их оценке / И. И. Костусенко // Аграрный вестник Урала. - 2009. - № 1 (55). - С. 8-13.

3. Ромейс Б. Фиксация, окраска гистологического материала / Б. Ромейс Микроскопическая техника. - М., 1954. - С. 81-175.

4. Слоним А. Д. Физиология животных в различных физико-географических зонах. Экологическая физиология животных / А. Д. Слоним, В. П. Галанцев, А. Ф. Давыдов, Ю. Ф. Пастухов и др. -Л. : Наука, 1982. - Ч. 3. - 504 с.

УДК 575.17:595.799

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ СЕКВЕНЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ВАРИАБЕЛЬНОГО ИНТРОНА ГЕНА ФАКТОРА ЭЛОНГАЦИИ 1 АЛЬФА ЯДЕРНОГО ГЕНОМА ПЧЕЛ РОДА APIS

Рустем Абузарович Ильясов,

кандидат биологических наук Александр Витальевич Поскряков,

кандидат биологических наук Алексей Геннадьевич Николенко,

доктор биологических наук Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН

г. Уфа, Россия apismell@hotmail. com

Нами был использован сравнительный секвенционный анализ вариабельного интрона гена фактора элонгации EF-Ы ядерной ДНК с целью определения филогенетического паттерна пчел рода Apis. На дендрограмме наблюдается разделение на четыре группы, где в 1 группу вошли подвиды Apis mellifera, во 2 группу - представители гигантских пчел Apis dorsata, 3 группу - виды Apis koschevnikovi и Apis nuluensis, в 4 группу - карликовые пчелы Apis andreniformis и Apis florea.

Ключевые слова: Apis mellifera mellifera, Apis, медоносная пчела, интрон гена фактора элонгации EF-1a, секвенирование, кластерный анализ, дендрограмма, филогенетика.

Ген фактора элонгации EF-1a ядерной ДНК широко охарактеризован у разных видов, таких как дрозофила, креветка, мышь, человек и медоносная пчела (Hovemann et al., 1988; Mitchell et al., 1997; Belshaw et al., 1997; Arias, Sheppard, 2005). По причине консервативной природы аминокислотной последовательности среди разных видов организмов ген фактора элонгации EF-1a был идентифицирован как потенциально-полезный ген для изучения филогенетического родства на высоком уровне, особенно у насекомых (Kojima et al., 1993; Cho et al., 1995; McHugh, 1997; Mitchell et al., 1997; Belshaw et al., 1997; Kojima, 1998). Аминокислотные последовательности ген фактора элонгации EF-1a были использованы ранее для решения эволюционных взаимоотношений среди ранних эукариот (Kamaishi et al., 1996) и членистоногих (Regier, Shultz, 1997). Однако известно, что нуклео-тидная последовательность кодирующих генов ядерного генома большинства организмов, в частности насекомых, обычно характеризуется сравнительной консервативностью, что значительно снижает уровень филогенетического сигнала. Для увеличения уровня филогенетического сигнала необходимы маркеры с большим уровнем вариабельности. Считается, что интронные участки ядерного генома обладают значительным уровнем вариабельности и эволюционных изменений. Так, интрон гена фактора элонгации 1 альфа (EF-1a) обладает очень высокой скоростью эволюции, что позволяет использовать его в качестве маркера для идентификации видов и изучения их современного уровня дивергенции (Palumbi, 1996). Последовательность интрона имеет универсальный характер, который у близкородственных видов имеет сходные инсерции и делеции, что приводит к вариации длины нуклеотидной последовательности у разных видов. Число интронов этого гена варьирует среди таксонов (Hovemann et al., 1988; Walldorf, Hovemann, 1990). У некоторых таксонов вообще нет интронов, например, у видов Helicoverpa и Heliothis (Cho et al., 1995).

Нами были просеквенированы нуклеотидные последовательности фрагмента интрона гена фактора элонгации EF-1a у медоносных пчел из 3 семей с севера ареала башкирской популяции Apis

mellifera mellifera (Бирский район республики Башкортостан). Как можно отметить, нуклеотидная последовательность интрона гена фактора элонгации EF-^ ядерной ДНК вариабельна среди представителей рода Apis — 105 вариабельных сайтов, что составляет более 43%. Вариабельность этого локуса среди представителей вида Apis mellifera, напротив, очень низка - 4 вариабельных сайта, что составляет около 2%. Кроме того, среди представителей пчел рода Apis наблюдается большие участки с инсерциями и делециями, которые не были использованы при подсчете уровня вариабельности, что может повысить его уровень.

По результатам сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей фрагмента интрона гена фактора элонгации EF-1a семей медоносных пчел с севера ареала башкирской популяции A.m.mellifera: 3504 Birsk Apis mellifera mellifera (Бирск, Башкортостан); 3502 Birsk Apis mellifera mellifera (Бирск, Башкортостан); 3503 Birsk Apis mellifera mellifera (Бирск, Башкортостан) с последовательностями, опубликованными в генбанке: Ay721702 Apis andreniformis isolate 1 (Sabah-Tenom, Malaysia), Ay721703 Apis andreniformis (Chantaburi, Thailand); Ay721704 Apis dorsata Binghami 1 (S.Sulawesi, Indonesia), Ay721705 Apis dorsata Binghami 2 (S.Sulawesi, Indonesia), Ay721706 Apis dorsata (Sri Lanka, India); Ay721707 Apis dorsata Isolate 2 (Sri Lanka, India), Ay721708 Apis florea Isolate 1 (Sabah-Tenom, Malaysia); Ay721709 Apis florea (Nalchon Sawan, Thailand); Ay721710 Apis mellifera ligustica (Torino, Italy); Ay721711 Apis koschevnikovi isolate 2 (Nalchon Sawan, Thailand); Ay721712 Apis koschevnikovi isolate 2 (Sri Lanka, India); Ay721713 Apis koschevnikovi isolate 2 (Nalchon Sawan, Thailand), Ay721714 Apis koschevnikovi isolate 2 (Sabah-Tenom, Malaysia); Ay721715 Apis koschevniko-vi isolate 2 (Sabah-Tenom, Malaysia); Ay721716 Apis mellifera lamarckii (Assiut, Egypt); Ay721717 Apis nuluensis (Sabah-Tenom, Malaysia) (Arias, Sheppard, 2005) методом кластеризации ближайшего соседа программой MEGA 3.1 была построена дендрограмма генетических отношений разных видов рода Apis (Рис. 1).

На дендрограмме наблюдается разделение на четыре группы. Представители каждого вида преимущественно кластеризуются в отдельные группы. В первую группу вошли представители западной медоносной пчелы вида Apis mellifera, обладающие довольно низким уровнем вариабельности между подвидами. Сюда же вошли представители Apis mellifera mellifera Южного Урала. Во вторую группу вошли представители гигантских азиатских пчел вида Apis dorsata, характеризующиеся малой степенью вариабельностью между экотипами. В третью группу вошли представители азиатских пчел видов Apis koschevnikovi и Apis nuluensis. Эти два вида пчел имеют очень низкую степень генетической дифференциации между собой, тогда как некоторые экотипы Apis koschevnikovi отличаются очень сильно. В четвертую группу вошли представители азиатских карликовых пчел видов Apis andreniformis с Apis florea. Представители каждого из них располагаются в отдельных подгруппах, которые дифференцированы на относительно высоком уровне. Из всех проанализированных видов пчел рода Apis гигантские пчелы вида Apis dorsata наиболее генетически близки к западной пчеле вида Apis mellifera.

|Ay72t710 Apis Mellifera ligustica isolate 1 -A y 721711B Apis Mellifera Lamarckii

3504 Apis mellifera mellifera Birsk3504 3503 Apis mellifera mellifera Birsk3503 35G2 Apis mellifera mellifera Birsk3502 jAy721704 Apis Dorsata Bingfiami 1

Ía

Ау72Ш5 Apis Dorsata Singhami 2 Ay721706 Apis Dorsata isolate 1

Ay721707 Apis Dorsata Isolate 2 Ay721714 Apis KéSrhevnikovi Isotátá.it Ay721715 Apis KírSrhevnikovi Isotäte ÍlT

-Ay?217T3 Apis Kírsch&vnikcvi Isolate 2

Ay721711 Apis Késchemikovi ͧírtaté;2 Ay7217t2 Apis Késchemikovi ͧírtaté;2 — Ay721717 Apis Nuluer.sis

I-Ay7217ü2 Apis Andreniformis isolate 1

' Ay72t703 Apis Andreniformis isolate 2 I-Af72170S Apis Florea Isolate 1

- Ay721709 Apis Florea Isolate 2.

Рис. 1. Генетические отношения представителей рода Apis на основе кластерного анализа методом ближайшего соседа нуклеотидных последовательностей фрагмента интрона гена фактора элонгации EF-1a

Секвенционный анализ фрагмента интрона гена фактора элонгации EF-1a, возможно, позволяет провести филогенетическую реконструкцию рода Apis, что также представлено в работе M.C.Arias, W.S.Sheppard (2005). Предполагается, что даже наблюдаемый низкий уровень дивергенции позволит получить данные о филогенетическом паттерне вида Apis mellifera при исключении из анализа представителей других видов рода Apis, на фоне высокого уровня вариабельности которых внутривидовая вариабельность Apis mellifera существенно принижается.

Использование секвенционного анализа фрагмента интрона гена фактора элонгации EF-1a совместно с другими маркерами ядерного и митохондриального геномов в целях идентификации подвидов позволит решить давно существующую в России проблему гибридизации, интрогрессии и сохранения подвида медоносной пчелы Apis mellifera mellifera.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Arias M.C., Sheppard W.S. Molecular phylogenetic of honey bee subspecies (Apis mellifera L.) inferred from mitochondrial DNA sequence // Molecular phylogenetic and evolution. - 1996. - V. 5. - V. 3. - P. 557-566.

2. Belshaw R., Quicke D.L.J. A molecular phylogeny of the Aphidiinae (Hymenoptera: Braconidae) // Mol. Phylogenet. Evol. - 1997. - V. 7. - P. 281-293.

3. Cho S., Mitchell A., Regier J.C., Mitter C., Poole R.W., Friedlander T.P., Zhao S. A highly conserved nuclear gene for low-level phylogenetics: elongation factor1-alpha recovers morphology-based tree for heliothine moths // Mol. Biol. Evol. - 1995. - V. 12. - P. 650-656.

4. Hovemann B., Richter S., Walldorf U., Cziepluch C. Two genes encode related cytoplasmic elongation factors 1a (EF-1a) in Drosophila melanogaster with continuous and stage specific expression // Nucleic Acids Res. - 1988. - V. 16. -P. 3175-3194.

5. Kamaishi T., Hashimoto T., Nakamura Y., Nakamura F., Murata S., Okada N., Okamoto K. I., Shimizu M., Hasegawa M. Protein phylogeny of translation elongation factor EF-1a suggests microspori-dians are extremely ancient eukaryotes /

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком